علماء أميركيون يحصدون الطاقة الكهربائية من الحقول المغناطيسية في المباني

طوّر فريق من العلماء الأميركيين آلية جديدة لحصاد المجال (الحقل) المغناطيسي الحرّ المحيط بنا، وتحويله إلى طاقة كهربائية فعّالة قابلة للاستخدام. والمعروف أن الكهرباء التي تضيء منازلنا، وتزوّد أجهزتنا بالطاقة، تولد حقولاً مغناطيسية صغيرة تحيط بنا من كلّ جهة. وهذا الأمر دفع العلماء إلى تطوير آلية جديدة قادرة على حصاد حقول الطاقة المهدورة هذه، وتحويلها من جديد إلى الكهرباء التي تكفي لتشغيل شبكات أجهزة استشعار سيستخدمها الجيل المقبل في المباني والمصانع الذكية.
مصادر مجانية
يقول شاشانك بريا، أستاذ علم المواد والهندسة نائب الرئيس المساعد في قسم الأبحاث في جامعة بنسلفانيا: «الحقول المغناطيسية، كما أشعّة الشمس، هي مصادر مجانية للطاقة نسعى لحصادها. هذه الطاقة المنتشرة موجودة في منازلنا ومكاتبنا وأماكن عملنا وسياراتنا. إنّها في كلّ مكان، ونحن نملك فرصة حصاد هذا (الضجيج) الموجود في خلفية محيطنا، وتحويله إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام».
ونجح فريق علمي، يقوده باحثون من جامعة بنسلفانيا، بتطوير جهازٍ يؤمّن إنتاج طاقة أكبر بـ400 مرّة من التقنيات المتطوّرة الأخرى عند العمل مع حقول مغناطيسية منخفضة المستوى، كتلك المتوفرة في المنازل والمباني. ويؤكّد العلماء أنّ هذه التقنية الجديدة سيكون لها تأثير كبير على تصميم المباني الذكية التي تتطلّب شبكات أجهزة استشعار تزوّد نفسها بالطاقة لأداء وظائف بعينها، كمراقبة الطاقة والأنماط التشغيلية وأنظمة التحكّم عن بعد.
ويشرح بريا، في حديث لموقع مجلة المهندسين الكهربائيين الأميركيين: «من المعروف أنّ أتمتة عدد كبير من الوظائف في المباني يساهم في زيادة فعالية الطاقة بشكل كبير. وتعد المباني واحداً من أكبر مصادر استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة. لذا، فإنّ تخفيف استهلاك الطاقة، ولو بنسبة ضئيلة، يمكن أن يُترجم إلى توفير في استهلاك الكهرباء. ولأتمتة أنظمة التحكّم هذه، تلزمنا أجهزة استشعار تعتمد على وسيلة واقعية، كالتقنية الجديدة، لتغذيتها بالطاقة».
وصمم الباحثون أجهزة متناهية الرقّة، كالورقة، بطول 1.5 بوصة (البوصة= 2.5 سم) تقريباً، يمكن وضعها على، أو بالقرب من، الأجهزة والمصابيح وأسلاك الطاقة، حيث تنتشر أقوى الحقول المغناطيسية التي، بحسب العلماء، تتبدّد بعيداً عن مصدر التيّار الكهربائي المتدفّق.
حصاد الطاقة
عندما وضع الباحثون الأجهزة الرقيقة على مسافة 4 بوصات من سخّان، أنتج الجهاز الجديد كمية كهرباء كافية لتشغيل 180 مصباح «ليد» صغير؛ وعلى مسافة 8 بوصات، أنتج كمية كافية لتشغيل ساعة منبّه رقمية. ونشر العلماء نتائج دراستهم في دورية «إنرجي أند إنفايرومنتل ساينس» (Energy and Environmental Science).
ويرى مين غيو كانغ، الأستاذ المساعد من جامعة بنسلفانيا الباحث المشارك في هذه الدراسة، أنّ «هذه النتائج تعكس تقدّماً كبيراً باتجاه الطاقة المستدامة في مجال أجهزة الاستشعار المدمجة وأنظمة الاتصال اللاسلكي».
واستخدم العلماء أيضاً هيكلاً مركباً يتألّف من طبقتين، في كلّ واحدة منها مادّة مختلفة: الأولى عبارة عن مُحكِمٍ مغناطيسي يحوّل الحقل المغناطيسي إلى جهد كهربائي، والأخرى هي محوّل كهروضغطي، يحوّل الجهد أو الذبذبات إلى حقل كهربائي. وتتيح هذه التركيبة للجهاز تحويل الحقل المغناطيسي إلى تيّار كهربائي.
ويضمّ الجهاز هيكلاً يشبه الذراع، بجهة مثبّتة وأخرى حرّة تهتزّ للتفاعل مع الحقل المغناطيسي المطبَّق عليها. ويساعد مغناطيس مثبّت على الجهة الحرّة على زيادة الحركة، ويساهم في زيادة إنتاج الكهرباء.